Бір қозғалтқыштағы немесе HCCI қозғалтқыштарындағы бензинді және дизельді қозғалтқыштарды сынақтан өткізу: 2-бөлім

Мазда серияда оны бірінші қолданатындарын айтады

Бензин сияқты таза газдармен және дизель отынының тиімділігімен. Бұл мақалада сығымдау кезінде біртектес араластыру және аутоизация бар мінсіз қозғалтқышты жобалау кезінде не болатындығы туралы айтылады. Дизайнерлер оны жай HCCI деп атайды.

Білімді жинақтау

Мұндай процестердің негіздері жапондық инженер Ониши өзінің «Термо-атмосферадағы белсенді жану» технологиясын жасаған жетпісінші жылдардан басталады. Аулада 1979 жыл екінші мұнай дағдарысы және экологиялық сипаттағы алғашқы күрделі заңдық шектеулер кезеңі болып табылады және инженердің мақсаты - сол кезде кең таралған екі тактілі мотоциклдерді осы талаптарға сәйкес келтіру. Жеңіл және ішінара жүктеме режимінде екі тактілі қондырғылардың цилиндрлерінде пайдаланылған газдардың көп мөлшері сақталатыны белгілі және жапондық дизайнердің идеясы оның кемшіліктерін жасау арқылы артықшылықтарға айналдыру болып табылады. пайдалы жұмыс үшін қалдық газдар мен жоғары отын температурасы араласатын жану процесі.

Ониши командасының инженерлері алғаш рет пайдаланылған шығарындыларды шынымен сәтті төмендететін өздігінен жану процесін іске қоса отырып, революциялық дерлік технологияны жүзеге асыра алды. Дегенмен, олар қозғалтқыштың тиімділігінің айтарлықтай жақсарғанын анықтады және әзірлеу ашылғаннан кейін көп ұзамай ұқсас процестерді Toyota, Mitsubishi және Honda көрсетті. Дизайнерлерді прототиптердегі өте тегіс және сонымен бірге жоғары жылдамдықтағы жану, отын шығынын азайту және зиянды шығарындылар таң қалдырды. 1983 жылы төрт тактілі өздігінен тұтанатын қозғалтқыштардың алғашқы зертханалық үлгілері пайда болды, оларда химиялық құрамы мен қолданылатын отындағы компоненттердің арақатынасы абсолютті белгілі болғандықтан әртүрлі жұмыс режимдерінде процесті басқару мүмкін болады. Дегенмен, бұл процестерді талдау біршама қарабайыр, өйткені қозғалтқыштың бұл түрінде олар химиялық процестердің кинетикасына байланысты жүзеге асырылады және араласу және турбуленттілік сияқты физикалық құбылыстар елеусіз болады деген болжамға негізделген. Дәл 80-жылдары қысымға, температураға және камера көлеміндегі отын мен ауа компоненттерінің концентрациясына негізделген процестердің алғашқы аналитикалық үлгілерінің негізі қаланды. Дизайнерлер қозғалтқыштың бұл түрінің жұмысын екі негізгі бөлікке бөлуге болады деген қорытындыға келді - тұтану және көлемдік энергияны босату. Зерттеу нәтижелерінің талдауы көрсеткендей, өздігінен тұтану бензин қозғалтқыштарында зиянды детонациялық жануға жауап беретін төмен температурадағы алдын ала химиялық процестермен (пероксидтердің пайда болуымен 700 градустан төмен пайда болады) және негізгі энергияны босату процестерімен басталады. жоғары температура болып табылады. және осы шартты температура шегінен жоғары орындалады.

Жұмысты температура мен қысымның әсерінен зарядтың химиялық құрылымы мен құрамының өзгеруінің нәтижелерін зерттеуге және зерттеуге бағыттау керек екені анық. Суық іске қосуды және осы режимдерде максималды жүктемелерде жұмыс істеуді басқару мүмкін болмағандықтан, инженерлер ұшқын шамын қолдануға жүгінеді. Практикалық сынақ сонымен қатар дизельдік отынмен жұмыс істегенде тиімділік төмен болатын теорияны растайды, өйткені қысу коэффициенті салыстырмалы түрде төмен болуы керек, ал жоғары қысу кезінде өздігінен тұтану процесі тым ерте жүреді. қысу соққысы. Сонымен қатар, дизельдік отынды пайдалану кезінде дизельдік отынның жанғыш фракцияларының булануында проблемалар туындайтыны және олардың жалынға дейінгі химиялық реакциялары жоғары октанды бензиндерге қарағанда әлдеқайда айқын болатыны белгілі болды. Тағы бір маңызды мәселе - HCCI қозғалтқыштары цилиндрлердегі сәйкес арық қоспалардағы қалдық газдардың 50% -на дейін проблемасыз жұмыс істейді. Осының барлығынан бензиндердің осы типтегі қондырғыларда жұмыс істеуге әлдеқайда қолайлы екендігі және әзірлемелер осы бағытта бағытталған.

Осы процестер іс жүзінде сәтті жүзеге асырылған нақты автоиндустрияға жақын алғашқы қозғалтқыштар 1,6 жылы 1992 литрлік VW қозғалтқыштары өзгертілді. Олардың көмегімен Вольфсбургтік дизайнерлер ішінара жүктеме кезінде тиімділікті 34% арттыра алды. Сәл кейінірек, 1996 жылы, HCCI қозғалтқышын бензинмен және тікелей инжективті дизельді қозғалтқышпен тікелей салыстыру көрсеткендей, HCCI қозғалтқыштары жанармайдың ең аз шығыны мен NOx шығарындыларын қымбат инжекциялық жүйелерге мұқтаж болмай көрсетті. жанармайға.

Бүгін не болып жатыр

Бүгінгі таңда, қысқарту директивасына қарамастан, GM HCCI қозғалтқыштарын дамытуды жалғастыруда және компания бұл көлік түрі бензин қозғалтқышын жақсартуға көмектеседі деп санайды. Дәл осындай пікірді Mazda инженерлері де ұстанады, бірақ олар туралы келесі нөмірде айтатын боламыз. Sandia ұлттық зертханаларында GM-пен тығыз жұмыс істей отырып, олар қазіргі уақытта HCCI нұсқасы болып табылатын жаңа жұмыс процесін нақтылауда. Әзірлеушілер оны «Төмен температурадағы бензинді жағу» үшін LTGC деп атайды. Алдыңғы конструкцияларда HCCI режимдері өте тар жұмыс диапазонымен шектелгендіктен және өлшемді азайту үшін заманауи машиналарға қарағанда айтарлықтай артықшылықтарға ие болмағандықтан, ғалымдар бәрібір қоспаны стратификациялауды шешті. Басқаша айтқанда, дәл бақыланатын кедей және бай аймақтарды құру, бірақ дизельдік отыннан айырмашылығы. Ғасырлар тоғысындағы оқиғалар көмірсутектер мен СО-СО2 тотығу реакцияларын аяқтау үшін жиі жұмыс температурасының жеткіліксіз екенін көрсетті. Қоспа байытылған және таусылған кезде мәселе жойылады, өйткені жану процесі кезінде оның температурасы көтеріледі. Дегенмен, ол азот оксидтерінің түзілуін бастамау үшін жеткілікті төмен болып қалады. Ғасырдың басында дизайнерлер әлі де HCCI азот оксидтерін тудырмайтын дизельдік қозғалтқышқа төмен температуралы балама деп есептеді. Дегенмен, олар жаңа LTGC процесінде де жасалмаған. Бензин де осы мақсат үшін пайдаланылады, GM түпнұсқа үлгілеріндегідей, өйткені оның булану температурасы төмен (және ауамен жақсы араласады), бірақ өздігінен тұтану температурасы жоғары. Зертханалық конструкторлардың пікірінше, LTGC және ұшқын тұтануының комбинациясы қолайсыз және басқару қиын режимдерде, мысалы, толық жүктемеде, қолданыстағы қысқарту қондырғыларына қарағанда машиналар әлдеқайда тиімдірек болады. Delphi Automotive ұқсас сығымдалған тұтану процесін әзірлеуде. Олар өз конструкцияларын GDCI деп атайды, ол «Compression Ignition Direct Petrol Injection» (Бензинді тікелей айдау және қысу арқылы тұтану) деп атайды, ол сонымен қатар жану процесін басқару үшін қарапайым және бай жұмысты қамтамасыз етеді. Delphi-де бұл күрделі инъекция динамикасы бар инжекторларды қолдану арқылы жүзеге асырылады, осылайша, сарқылу мен байытуға қарамастан, қоспа тұтастай күйе түзбейтіндей майсыз және NOx түзілмейтіндей төмен температура болып қалады. Дизайнерлер қоспаның әртүрлі бөліктерін басқарады, сондықтан олар әртүрлі уақытта жанып кетеді. Бұл күрделі процесс дизельдік отынға ұқсайды, СО2 шығарындылары төмен және азот оксидтерінің түзілуі шамалы. Delphi АҚШ үкіметінен кем дегенде тағы 4 жыл қаржыландыруды қамтамасыз етті және Hyundai сияқты өндірушілердің олардың дамуына қызығушылық танытуы олардың тоқтамайтынын білдіреді.

Дисоттоны еске түсірейік

Untertürkheim қаласындағы Daimler Engine Research Labs конструкторларының әзірлеуі Diesotto деп аталады және іске қосу және максималды жүктеме режимінде ол тікелей бүрку мен каскадты турбо зарядтың барлық артықшылықтарын пайдалана отырып, классикалық бензин қозғалтқышы сияқты жұмыс істейді. Дегенмен, бір цикл ішінде төмен және орташа жылдамдықтарда және жүктемелерде электроника тұтану жүйесін өшіріп, өздігінен тұтану режимін басқару режиміне ауысады. Бұл жағдайда шығатын клапандардың фазалары олардың сипатын түбегейлі өзгертеді. Олар әдеттегіден әлдеқайда қысқа мерзімде және әлдеқайда қысқартылған инсультпен ашылады - сондықтан пайдаланылған газдардың жартысы ғана жану камерасынан шығып үлгереді, ал қалғандары цилиндрлерде әдейі сақталады, олардағы жылудың көп бөлігі. . Камераларда одан да жоғары температураға жету үшін саптамалар жанармайдың аз бөлігін айдайды, ол тұтанбайтын, бірақ қыздырылған газдармен әрекеттеседі. Кейінгі қабылдау соққысы кезінде жанармайдың жаңа бөлігі әрбір цилиндрге дәл қажетті мөлшерде енгізіледі. Қабылдау клапаны қысқа инсультпен қысқаша ашылады және таза ауаның дәл өлшенген мөлшерін цилиндрге енгізуге және пайдаланылған газдардың жоғары үлесі бар майсыз отын қоспасын алу үшін қолда бар газдармен араласуға мүмкіндік береді. Осыдан кейін қоспаның температурасы өздігінен тұтану сәтіне дейін көтерілуін жалғастыратын компрессиялық инсульт жүреді. Процестің нақты уақытына отынның, таза ауа мен пайдаланылған газдардың мөлшерін дәл бақылау, цилиндрдегі қысымды өлшейтін датчиктерден тұрақты ақпарат алу және эксцентрлік механизм арқылы қысу коэффициентін лезде өзгерте алатын жүйе арқылы қол жеткізіледі. иінді біліктің орнын өзгерту. Айтпақшы, қарастырылып отырған жүйенің жұмысы HCCI режимімен шектелмейді.

Осы күрделі операциялардың барлығын басқару кәдімгі іштен жану қозғалтқыштарында кездесетін алдын ала анықталған алгоритмдердің әдеттегі жиынтығына сүйенбейтін, бірақ сенсор деректеріне негізделген нақты уақытта өнімділікті өзгертуге мүмкіндік беретін басқару электроникасын қажет етеді. Тапсырма қиын, бірақ нәтиже тұрарлық - 238 а.к. 1,8 литрлік Diesotto F700 концепциясына S-Class CO2 шығарындылары 127 г/км және Еуро 6 қатаң директиваларына сәйкестігіне кепілдік берді.

Мәтін: Георгий Колев

Үй » Мақалалар » Бланкілер » Жеке немесе HCCI қозғалтқыштарындағы бензин және дизельді қозғалтқыштар: 2 бөлім